浅谈泛光照明的设计计算

　　近年来，城市夜间景观照明建设正在蓬勃发展，建(构)筑物外立面的泛光照明也越来越多的被应用于社会的各个方面，下面我简单介绍两种计算泛光照明的方法。

一、光通法
　　从照明设计原理说，照明一个立面和照明一个水平面是一样的。所以为理解和叙述方便起见，现以照明水平面为例。

　　照明一个正方形或长方形的区域，一般有三种方法：
　　1、在四个角上装灯；
　　2、在相互对面的两边中心装灯；
　　3、在一边的中间部位装灯。

　　这三种方法中，第一种最好; 第二种光利用率稍低一些，但灯杆减少了；第三种方法最差，不能给远处和角落以良好的照明。下面我们具体讨论一个设计例子。

　　要照的面为：54.9米＆#215;54.9米，要求照度为54勒克司。

　　1、灯杆的高度和间距
　　若仅从一边照明，则灯杆的高度应为要照面积的一半左右。这样，投光灯可以瞄准在对边，或者在2倍灯杆高以内。这时有较好的均匀性，而且有合理的利用率。对于大的面积，灯杆之间的间距应为4倍灯杆高，因为每一投光灯能有效地照明2倍灯杆高宽的区域。对于54.9＆#215;54.9米的面，如果从一边照明，可采用27.4米灯杆高度。若从两边照明，则取13.7米杆高更好，这时光可瞄准在2倍灯杆高，即27.4米处，正好位于被照面的中心。若投光灯装在四个角上，仍取灯杆高为13.7米，仍瞄准在27.4米处，这样面的中央部分将由四个角上的灯共同照亮。现采用两边装灯的方案，灯杆高度为13.7米，每个灯杆上装2只灯。

　　2、灯型和灯具的选择
　　在诸种光源中，高压钠灯有很高的光效，使用寿命又长，当对颜色要求不太高时，可采用之。在现今的例子中，宜采用非对称光束的灯具，因为与圆形光束灯具相比，具有较宽水平光束的灯具可以更好地覆盖被照面。

　　3、计算
　　计算公式为：N=(E＆#215;S)/(F1＆#215;CU＆#215;LLF) (1)
　　　　　式中：N为所需灯的数目
　　　　　　　　E为所需维持的照度值
　　　　　　　　S为被照面积
　　　　　　　　F1为一只灯的光通量
　　　　　　　　CU为利用系数
　　　　　　　　LLF为光损失因子

　　具体计算步骤如下：
　　(1)光损失因子的估算——光损失因子是由两个因素造成，一是灯的光衰LLD，另一是灯具因积灰等原因造成的减光LDD。各种灯和灯具的LLD、LDD值，在生产厂家的产品说明书中可能会有说明，也可从有关手册中查得。
　　1000W高压钠灯的LLD为0.9，密封灯具的LDD为0.95，则LLF=LLD＆#215;LDD=0.9＆#215;0.95=0.855。

　　(2)计算被照面的面积S
　　S=54.9＆#215;54.9=3014m2

　　(3)估算灯和灯具组合后的利用系数CU
　　CU被定义为投射到照明面上对照度有贡献的光与灯的光通量的比值。注意，当不是与灯的光通量比，而是与光束光通量比时，则称为“光束利用系数”。在本例中，CU=0.4。

　　(4)计算所需投光灯数N
　　若采用1000W高压钠灯，每灯的光通量: F1=140000流明。将有关的数据代入(1)计算得：N=(54勒克斯＆#215;3014平方米)/(140000流明＆#215;0.4＆#215;0.855)=3.4即采用3.4只灯即可。我们现采用4只灯，当然是能达到设计要求的。

二、逐点计算法
　　若如图所示的投光照明的情况。图中A是矩形被照面，投光灯S的安装高度为MH(倍灯杆高)。今欲计算该灯在被照面A各点上产生的水平照度值。为简单起见，将座标系统取成如图所示。

投光灯在P(c，y)点产生的水平照度为
　　Ep=I (H, V)cos3g/(MH)2 (2)
　　式中：MH为灯具安装高度
　　a是灯具光轴与灯杆的夹角
　　V光束I(H, V)的垂直角
　　H是光束I(H, V)的水平角
　　g是光束I(H, V)与灯杆的夹角
　　I (H, V)是射向P点方向(即H,V方向)的光强。
　　由图可以看出 b=arctg(y/MH) (3)
　　V=b-a
　　当V为正时，表示上半光束；V为负时，表示下半光束。而H=arctg(ccosb/MH)
　　而从图中，不难看出cosg=MH/SP，cosb=MH/SN，cosH=SN/SP。故而cosg=cosb.cosH。因此，(2)也可写成：Ep=I(H,V).cos3b.cos3H/(MH)2
　　对于被照面上各点，可由其(c,y)值，从(3)、(4)、(5)式求出b、V、H，再从灯具的光度数据库中找到I(H, V)值，这样就可求出灯具在面A上产生的照度分布。将面上各照度相同的点连接起来，就构成等照度曲线。

三、照度的均匀性
　　不管怎样仔细地设计,没有一个被照面上的照度是绝对均匀的。只要最大照度与最小照度之比小于10:1，就可认为该系统是均匀的。为了更好地描写照明的均匀情况，引进一个Um，定义Um=Emin/E式中，Emin为最小照度，E为平均照度，显然Um越大，则照度越均匀。除非有特殊要求，一般来说Um≥1/3即可。而对于建筑物的立体照明来说，在大部分的情况下不需要照明均匀，有时为了艺术的效果，还故意使照明不均匀。关于泛光照明设计计算，还有其它一些方法，如作图法，等照度曲线组成法等，这儿不一一介绍。

四、结束语
　　对于本文介绍的两种方法，读者可视不同情况应用之。光通法可用于估算照明用灯量，或用于对被照面照度分布的情况要求不高的场合。而逐点计算法则可比较精确计算被照面上的照度分布情况，借助于计算机的辅助后，并可由此确定照明设计的最佳方案，如灯种、功率、灯具、型号、安装高度、瞄准点位置等等。